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2011年 第22卷 第5期    刊出日期：2011-03-10
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机械基础工程
基于正交补的6-3 Stewart并联机构运动学正解
程世利, 吴洪涛, 王超群, 姚裕, 朱剑英
2011, 22(5):  505-509. 
摘要 ( )   PDF (3971KB) ( )  
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提出了一种研究6-3 Stewart并联机构运动学正解问题的新方法。通过分析动平台位姿变量之间的耦合关系,增加了一些有用的信息,得到了用于解决这一问题的11个相容方程。使用正交补方法进行消元,最终可以将6-3 Stewart并联机构运动学正解问题表达成一个一元八次方程。最后通过一个实例验证了该方法的正确性。 
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基于ADAMS的轴承虚拟可靠性试验方法
李昌, 韩兴
2011, 22(5):  509-512. 
摘要 ( )   PDF (3242KB) ( )  
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提出了一种轴承的虚拟可靠性试验方法。建立轴承三维虚拟试验样机,利用ADAMS参数化技术以及编写伪随机数子程序等方法对试验样机进行Monte Carlo参数化,利用自定义函数模拟轴承各类参数的随机误差,对参数化的轴承样机进行多次虚拟试验,获取试验数据。利用VC++编程自动读取试验结果文件并求取轴承内圈跳动的可靠度,分析了各类随机误差对轴承动态特性的影响。开发了通用的轴承虚拟可靠性试验程序。
汽车制造企业的RFID应用标准体系研究
李文川, 王旭, 罗志勇
2011, 22(5):  513-518. 
摘要 ( )   PDF (883KB) ( )  
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阐述了射频识别(RFID)应用标准体系的作用,分析了国内外RFID标准研究现状;从企业内部和供应链两个角度提出了面向汽车制造企业的RFID应用标准体系需求;以RFID系统四层体系结构为主线构建了RFID应用标准体系框架,并描述了该标准体系结构中基础标准、通用标准、物理层标准、采集层标准、集成层标准、应用层标准等各类标准的技术内容。应用标准体系的研究为汽车制造企业RFID的应用实施提供了基础平台。
基于三轴联动的曲轴连杆颈切点跟踪磨削法研究
徐志扬, 黄兴红
2011, 22(5):  518-521. 
摘要 ( )   PDF (3174KB) ( )  
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通过分析目前的基于两轴联动的曲轴连杆颈切点跟踪磨削法存在的各种不足,提出了基于三轴联动的曲轴连杆颈切点跟踪磨削法,砂轮可以在X轴和Y轴两个方向进行插补;对该磨削法的运动模型进行了研究。结果表明,采用这种磨削方法可以实现磨削点的恒线速度磨削,多次实验后的数据显示,连杆颈的圆柱度可以达到2μm,表面粗糙度Ra达到0.4μm,为获得较高的曲轴加工精度和表面质量提供了有效的方法。
考虑失效相关的盾构机刀盘驱动多级行星传动系统的可靠性模型
赵勇, 秦大同, 武文辉
2011, 22(5):  522-527. 
摘要 ( )   PDF (4591KB) ( )  
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考虑到行星齿轮传动系统中各齿轮存在多种模式的失效,且各失效模式间又存在着多种因素的相关性,根据应力-强度干涉理论,提出了在多失效模式及多因素相关条件下机械传动系统可靠性的一般计算模型。应用该模型对盾构机刀盘驱动多级行星传动系统进行了可靠性分析。首先建立了齿轮、轴承等各失效单元的可靠性模型,然后考虑系统中主要发生失效的模式及各失效模式间关于载荷和使用系数的相关性,建立了传动系统的可靠性模型,并用Monte-Carlo法对模型计算结果进行仿真验证,结果表明,该模型可以准确地评估盾构机刀盘驱动多级行星传动系统的可靠性。
连杆小头衬套过盈连接固持力的灰色预测
吴江, 陈亮, 周毅
2011, 22(5):  527-529. 
摘要 ( )   PDF (2297KB) ( )  
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为揭示连杆小头衬套过盈连接固持力的变化规律,分析了固持力的影响因素,得出该固持力是一个随时间变化的随机量。在此基础上,采用灰色理论建立固持力的灰色预测模型,并对预测模型精度进行验证。验证结果表明：连杆小头衬套过盈连接固持力预测结果的准确性高,灰色预测模型能较好地揭示固持力随时间的变化规律。
基于参数化建模的复杂机械产品虚拟样机复用
李文威, 陈南, 殷国栋
2011, 22(5):  530-535. 
摘要 ( )   PDF (4431KB) ( )  
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为实现复杂机械产品虚拟样机的复用,提出了一种由程序驱动参数化虚拟样机尺寸参数来自动重建虚拟样机的方法。论述了符合参数化设计需要的复杂机械产品虚拟样机基础模型建模要求,并在阐述尺寸参数命名规则、参数驱动机制和约束矩阵方程求解方法的基础上,开发了参数化建模系列程序。该套程序实现了复杂机械产品虚拟样机基础模型的自动参数化和尺寸参数程序驱动下的虚拟样机自动重建。
自增强超高压容器残余应力分析
袁格侠, 刘宏昭, 范彩霞, 王娟平, 王胜
2011, 22(5):  536-540. 
摘要 ( )   PDF (3801KB) ( )  
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为分析自增强超高压容器的残余应力,利用ANSYS的APDL语言开发了筒形超高压容器的参数化有限元模型,利用该模型并采用多载荷步法对容器自增强处理的加载过程和卸载过程进行了仿真。通过改变端部边界条件和材料参数研究了容器端部形式和材料参数对容器残余应力的影响。研究结果表明：端部形式对容器中部的周向应力和径向应力影响很小,对轴向应力影响较大,使轴向应力在内壁附近有较大的差别;切线模量不同,最大周向残余应力所在位置不同,大的卸载切线模量可以增大内壁处的周向残余应力。在ANSYS的BKIN材料模型下定义两种温度应力-应变曲线以分别模拟材料加载和卸载时的机械性能,准确地模拟了这类材料的应变硬化和鲍辛格效应,提高了残余应力预测的精度。
铣削精加工非线性时频域颤振分析
方喜峰, 仝永海, 吴春桥, 张胜文, 汪通悦
2011, 22(5):  541-545. 
摘要 ( )   PDF (3624KB) ( )  
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为了抑制铣削精加工过程中的颤振,针对切削动力学模型的非线性因素,引入任意封闭形式的数学分析方法,建立了时频域非线性非光滑变系数微分方程,得到了该方程的数值解。研究了切削用量和螺旋角对颤振的影响,得出了径向切深与轴向切深的非线性关系和轴向切深与进给量的关系,并通过实验验证了结论。
转动加载柔性铰链微位移放大器
李万全, 高长银, 冯地耘, 肖启明
2011, 22(5):  546-549. 
摘要 ( )   PDF (3008KB) ( )  
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设计了一种基于柔性铰链的压电叠堆驱动微位移放大器,该机构由半圆柱转动副加载机构和柔性铰链放大机构两部分组成。对半圆柱转动副的结构特点进行分析,给出其应力分布和摩擦力矩的计算公式;通过分析柔性铰链所能承受的最大输入位移、柔性铰链位移损失、杆件弹性变形、转动副对加载过程的影响计算出放大器的放大能力。将计算结果与有限元仿真结果进行比较,两者基本吻合,证实了该结构设计的可行性。
主动摆臂四轮菱形月球车移动系统越障性能分析与优化
马传帅, 文桂林, 钟志华, 金秋谈, 程栋, 周景宇
2011, 22(5):  550-556. 
摘要 ( )   PDF (5116KB) ( )  
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提出了一种用于月球车的主被动结合的摇臂式移动系统。该移动系统将四个主动摆臂和一个被动连接铰整合在一起,从而提高了越障性能。建立了越障性能的力学判断准则,并利用此准则对移动系统的越障性能进行了分析;考虑主动摆臂的可调整性能,研究了主动摆臂对移动系统越障性能的影响,并基于遗传算法对越障性能进行了优化。对摆臂角度优化的结果表明,主动摆臂可以显著提高移动系统在恶劣环境下的越障性能。
飞机装配中基于3-RPS的并联机构法向调整算法
邹冀华, 周万勇, 韩先国
2011, 22(5):  557-560. 
摘要 ( )   PDF (3023KB) ( )  
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在飞机壁板柔性装配和钻铆时,采用典型的3-RPS并联机构进行自动调姿,该机构的末端执行器要求钻铆头沿孔位处的蒙皮法向进给。为了解决该法向调整问题,先对3-RPS并联机构动平台位姿进行建模描述,再在此基础上提出法向调整的求解算法。结合实例说明了该算法完全具有实际工程应用能力,且该法向调整算法还可以推广应用于定位、调姿等飞机数字化制造及装配工作中。
浮吊船-吊物耦合矢量建模
张梁娟, 朱昌明, 包继虎, 张鹏
2011, 22(5):  561-565. 
摘要 ( )   PDF (547KB) ( )  
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以海上风力发电机安装为研究背景,基于矢量动力学理论,建立了9自由度的浮吊船-吊物耦合的非线性动力学模型。模型将船体简化为刚体,以其在风浪流等载荷激励下的6自由度运动为基础,引入浮吊船和吊物的耦合作用,且吊物的耦合作用通过其对船体施加的力和力矩体现。模型同时考虑了风机吊物摆动过程中吊索的弹性变形因素以及吊索的升降作业操作等因素。该模型采用了向量和矩阵记法,具有很强的适用性和通用性。最后在同等设定条件下与以往的研究模型进行了比较,比较结果验证了该模型的有效性。
基于功能结构树的复杂系统SDG自动建模研究
周虹, 左洪福
2011, 22(5):  566-570,575. 
摘要 ( )   PDF (4171KB) ( )  
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为获取复杂系统SDG建模时所需的深层知识,探讨了复杂系统工作机理分析过程,提出了功能结构树概念。功能结构树作为构建SDG诊断模型的平台,组织存储系统功能、行为、故障等知识。给出了从系统功能结构树构建关联矩阵进而自动建立过程动态SDG模型的方法。与手工建模相比,该方法省时省力、不易出错、易维护,并能满足SDG模型需要随实际系统工作状态变化而动态调整的要求。以A320飞机气源系统SDG建模为例,说明了该方法的应用。
基于神经网络的超磁致伸缩传感执行器磁滞模型
刘慧芳, 贾振元, 王福吉
2011, 22(5):  571-575. 
摘要 ( )   PDF (3674KB) ( )  
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依据超磁致伸缩材料Joule效应和Villari效应之间的耦合关系,提出一种超磁致伸缩传感执行器,该执行器利用Villari效应和Faraday效应产生的感应电动势驱动超磁致伸缩材料发生Joule效应而产生应变,给出了该传感执行器的结构和工作原理。为了解决材料的磁滞对超磁致伸缩传感执行器输出特性的影响,测量了在不同预紧力和最大工作电流作用下的磁滞回线,采用BP神经网络建立了磁化滞回模型。计算结果表明该模型能很好地描述在任意预紧力和最大工作电流等工作条件下的磁滞特性。
QFD与正交试验混合方法在大批量定制中的应用研究
吴新丽, 李仁旺, 张思荣, 徐兴, 罗昊
2011, 22(5):  576-579. 
摘要 ( )   PDF (3107KB) ( )  
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提出了一种将QFD与正交试验设计相结合的新型混合方法,并将该方法用于大批量定制的产品设计过程,目的是将大批量定制产品的顾客个性化需求更准确地转化为产品的设计参数。首先将系列产品根据设计进程划分出定制零部件族,从中选取受顾客需求影响较大的敏感零部件进行QFD分析设计,然后利用正交试验设计中的信噪比分析确定QFD中的关联关系,得到与某项顾客需求所对应的工程技术特性的参数组合,使得设计的产品具有令顾客满意的稳健性能。最后以某客车公司的车门开发设计为实例进行了详细阐述。
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面向绿色设计的客户需求工程参数转化方法
高洋, 刘志峰, 胡迪, 张雷
2011, 22(5):  580-587. 
摘要 ( )   PDF (5558KB) ( )  
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为了开发具有良好绿色性能和经济性能的绿色产品,使客户需求在向工程参数转化的过程中能够综合考虑绿色性能的改进和功能技术需求约束的影响,提出了基于数据包络分析和灰色关联分析方法的绿色客户需求工程参数转化方法。对传统质量屋进行改造,以绿色性能和功能技术需求关系矩阵代替技术竞争性矩阵,以功能技术需求约束和功能技术需求关系矩阵代替自相关矩阵。针对质量屋中信息模糊性的特点,采用模糊数学方法处理质量屋中的信息。利用数据包络分析方法,以功能技术需求为决策单元建立了改进质量屋的数据包络分析模型,以分析决策单元的相对有效性。在此基础上,通过灰色关联分析方法对影响功能技术需求决策单元技术效率的因素进行敏感性分析,确定功能技术需求的改进方向。通过在某洗碗机制造企业的实践,验证了该方法的合理性。
 
仿牛鼻鲼机器鱼胸鳍的时间非对称摆动研究
杨少波, 韩小云, 邱静, 谢海斌
2011, 22(5):  588-591,596. 
摘要 ( )   PDF (3842KB) ( )  
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针对以胸鳍升力模式推进的牛鼻鲼在胸鳍扇动时存在时间上的非对称摆动问题,分析了牛鼻鲼这一泳动特征的力学含义,并通过仿牛鼻鲼机器鱼开展了时间非对称摆动的研究。首先建立了时间非对称摆动的数学模型;然后在一系列的不对称系数下进行了机器鱼的泳动实验,发现存在一个不对称系数的较佳范围,并且当不对称系数为0.56时,机器鱼的泳动速度最大;最后通过机器鱼的水动力实验研究,讨论了不对称系数对水动力的影响规律。结果表明,牛鼻鲼在实际游动过程中通过上挥急回的方式拍动,特别是经常以不对称系数0.56工况方式扇动,可以获得更好的推进性能。
零件表面激光直接标刻二维条码的工艺参数优化研究
解志锋, 张维, 雷蕾, 何卫平
2011, 22(5):  592-596. 
摘要 ( )   PDF (3731KB) ( )  
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针对零件表面激光直接标刻二维条码工艺参数选择中存在的盲目性进行 了试验研究,主要分析了有效矢量步长、有效矢量步间延时、电流及Q-Switch频率这4个激光标刻工艺参数及其交互作用对激光标刻二维条码质量的影响。优化了零件表面激光标刻二维条码的工艺参数,并建立了优化模型,为标刻高质量二维条码提供了保障。
化学机械抛光中磨粒运动特性离散元仿真研究
谭援强, 张浩, 李明军
2011, 22(5):  597-603. 
摘要 ( )   PDF (5091KB) ( )  
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基于耦合计算流体力学和计算散体力学的方法,利用PFC3D软件模拟了复合磨粒抛光液化学机械抛光(CMP)中抛光液固液两相流的流动行为。通过2个数值实验并将其与他人实验数据进行对比,验证了利用PFC3D软件模拟纳米两相流问题的可行性。对CMP过程进行了数值模拟,解释了一些实验中观测到的现象。
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可调速异步盘式磁力联轴器性能参数计算
杨超君, 郑武, 李直腾, 李志宝, 蒋生发
2011, 22(5):  604-608. 
摘要 ( )   PDF (4083KB) ( )  
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提出一种具有新型结构的可调速异步盘式磁力联轴器,其从动盘导体采用深槽齿形结构,通过主从动盘之间的气隙长度的变化来改变磁场强度,从而实现速度的调节。该联轴器可应用在一些大转矩、大振动的机械装备中以避免振动,或实现电机在负载时的软启动。对该磁力联轴器结构与主磁路特点进行了分析,对一台9对极16槽的深槽式异步磁力联轴器进行三维静态、瞬态有限元模拟分析,获得了该磁力联轴器的磁场分布、电流分布情况;并对其转矩、功率损耗以及轴向力等性能参数进行计算,得出它们在瞬态情况下随时间变化的曲线。
材料工程
管板单面电阻点焊弹塑性变形分解
杨洪刚
2011, 22(5):  608-610. 
摘要 ( )   PDF (2450KB) ( )  
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结合伺服焊枪的焊点压痕在线提取功能,试验研究了管板单面点焊过程中的焊接变形,实现了弹塑性变形的分解。结果表明,弹性变形和塑性变形均随着焊接电流的递增而线性增加,相同焊接条件下,随着管材半径的减小,弹性变形逐渐减小,塑性变形逐渐增大,加大了焊接裂纹出现的趋势。研究结果可为管板单面点焊焊接变形和裂纹的监控提供参考。
温压模具感应加热温度场的有限元模拟分析
尹延国, 俞建卫, 王永国, 解挺, 田明, 宋平
2011, 22(5):  611-615. 
摘要 ( )   PDF (3718KB) ( )  
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基于感应加热理论建立了温压模具的感应加热模型,利用ANSYS软件中的电磁-热耦合模块对模具的加热过程进行了温度场的有限元模拟分析,结果表明模具内壁温度沿纵向分布基本均匀一致,内外壁温差较小。模拟结果和试验结果基本吻合,说明采用感应加热方法使得模具的整体温度均匀性好,并易于控制。通过实际感应加热温压成形试验,进一步证实了温压感应加热系统的优越性。
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车辆工程
轿车高速追尾碰撞中结构耐撞性优化设计
杨济匡, 唐超群
2011, 22(5):  616-620. 
摘要 ( )   PDF (3720KB) ( )  
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轿车在高速追尾碰撞事故中油箱破裂导致燃油泄漏可造成严重的事故后果。为了提高轿车追尾碰撞结构耐撞性及降低燃油泄漏的风险,根据北美联邦机动车安全法规新FMVSS301要求,建立了轿车整车追尾碰撞有限元模型,进行高速追尾碰撞仿真分析。使用正交试验设计方法（OED）和综合平衡法对后纵梁及后保险杠的板厚、材料参数进行了优化设计。以油箱的最大有效塑性应变值为主要评价指标,后纵梁和后保险杠的总吸能量及油箱周围结构的变形为辅助指标,得到了后纵梁和后保险杠的参数最优组合,即后纵梁厚度为1.5mm,材料为DP800,后保险杠厚度为2.0mm,材料为DP1000时结果为最优,油箱最大有效塑性应变值减小了50.07%。改进前后的仿真计算结果对比表明,主要结构部件的参数优化设计是提高追尾碰撞中车辆耐撞性能的一种有效方法。
超高强度钢车身B柱加强板热成形工艺参数多目标优化
高云凯, 邓有志, 曹伟
2011, 22(5):  621-624,629. 
摘要 ( )   PDF (3650KB) ( )  
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对超高强度钢车身B柱加强板热成形中的冲压速度、压边力、摩擦因数、板料初始温度及工具初始温度进行了工艺参数正交分析，并运用模糊数学中的综合评判法，对成形后的最大减薄率和危险点的主应变均值两个目标值进行了综合。通过综合指标的极差分析，确定冲压速度、压边力与摩擦因数组合、板料初始温度及工具初始温度对综合评分的影响程度，分析得出最优的车身B柱加强板热成形工艺参数组合方案。
纯电动汽车动力系统传动比优化设计
黄康, 罗时帅, 王富雷
2011, 22(5):  625-629. 
摘要 ( )   PDF (3644KB) ( )  
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针对纯电动汽车传动装置挡位数和传动比选择的问题,根据城市道路条件要求,在电机和电动汽车整备参数已定的情况下,以传动比为变量,分析传动装置挡位数确定的理论依据,初步确定满足动力性能的传动比范围。以能量利用率为优化目标,研究电动汽车传动比的优化,提出一种直观的传动比优化设计方法。应用实践表明,该方法能够为纯电动汽车设计出既满足道路行驶要求又能够达到能量利用率最优的挡位数和传动比。
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